喷射策略对某重型柴油机高原燃烧特性的影响

为研究高原条件下不同喷射策略对某重型柴油机燃烧特性的影响。建立基于ECFM-3Z燃烧模型的某增压柴油机燃烧室三维模型并将其与平原台架试验结果进行对比验证,分析在海拔4 550 m条件下不同喷射策略对柴油机缸内燃烧过程的影响。结果表明,随着喷油提前角增大,单次喷射时缸内高温区域缩小,温度分布变得均匀,缸内预混合燃烧增强。和平原条件下的结果相比,喷油提前角的增大可以减少碳烟的排放但是增加了NO_x的排放。采用多次喷射策略时,预喷的提前可以使燃油与空气混合更充分,从而有助于主喷燃油更好地燃烧,功率能够得到进一步提升,较单次喷射NO_x排放增加,碳烟排放减少。根据模拟结果最终选择预喷提前角为22°CA BTDC和主喷提前角为2°CA BTDC的喷射策略,示功图面积较单次喷射相比有所提高,可恢复至平原的85.6%。     

后喷对轻型柴油机燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型柴油机为样机,研究了常用转速1600r.min -1、小负荷率工况下,后喷对柴油机NOx和soot排放特性、燃烧过程及油耗的影响规律.结果表明:后喷会使缸内温度在主燃烧末期再次提升;随着后喷油量增加,主燃烧段缸内压力、最高燃烧温度、平均燃烧温度及主燃烧放热率峰值逐渐降低;随着喷间隔角增加,主燃烧段缸内压力及烧放热率峰值略微上升,但缸内平均温度降低.在小负荷率工况,后喷可以同时有效降低NOx和soot排放,随着后喷油量增加,NOx和soot排放逐渐减少;随着后喷间隔角的增加NOx排放不断减少,soot排放呈现先减小后增加趋势;后喷会增加柴油机的燃油消耗,且随着后喷油量和后喷间隔角的增加,燃油消耗不断上升.     

伞帘喷雾燃烧系统喷雾特性的试验研究

柴油机伞帘喷雾燃烧系统通过喷嘴与特殊燃烧室的配合,主要依靠燃油喷雾与壁面的相互作用来促进混合气形成和燃烧,在载油泵试验台上,应用闪光摄影法,研究了压力容器内该燃烧系统的宏观喷雾特性,试验结果表明,中心喷雾碰撞燃烧室底面平台后形成准伞状喷雾,侧向喷雾碰撞燃烧室侧面凸缘后形成帘状喷雾。无论是否存在壁面限制,侧向喷雾锥角变化的总趋势是经过较短时间的减小后达到稳定。喷雾碰壁过程中的侧向喷雾锥角稳定值小于相     

不同喷油正时的柴油机PCCI燃烧过程数值模拟

应用CFD软件对采用预喷-预喷-主喷喷油策略的单缸增压柴油机燃烧过程进行数值模拟,分析不同喷油正时方案对燃烧过程及NO和soot排放物生成历程的影响.结果表明:随着喷油时刻推迟,缸内压力逐渐降低,主放热峰下降且不断远离上止点,预混燃烧比例增加,缸内低温PCCI燃烧模式更加明显;放热率10%(q10)时刻以稀预混燃烧为主,soot生成量减少,但因预混放热快而使NO生成量增多,缸内整体的低温效应使q90时刻NO生成量降低,soot生成量先增加后又因燃烧空间扩大及预混燃烧比例增加而下降;柴油机低温PCCI燃烧模式可实现NO与soot排放兼顾控制.     

燃油预热改善直喷柴油机性能与排放研究

为了在传统柴油机上实现同时降低NOx和碳烟排放的准均质预混合燃烧,采用在高压油泵后加热流经高压油管柴油的方法,在一台单缸柴油机上就高温柴油对发动机燃烧和排放的影响开展了台架试验研究．通过在进气中添加低比例的二氧化碳气体,对采用燃油加热实现柴油准均质混合气压燃燃烧过程进行了探索性研究;同时应用KIVA3V对高温燃油喷射对混合气形成的影响进行了模拟研究．结果表明：高温燃油能够促进喷雾雾化和预混合气的形成,且对应一个最佳的温度范围,通过适当增大供油提前角到上止点前32°,采用大流量的多孔喷嘴缩短喷射持续期,以及进气中添加少量二氧化碳等措施,可以实现直喷式柴油机准均质预混合燃烧,达到同时降低NOx和碳烟的目的．     

伞喷燃烧系统在车用柴油机上的应用研究

本文提出了一种新的直喷式柴油机燃烧系统──伞喷燃烧系统。该系统应用大喷 雾顶角的轴针式喷油器，它主要依靠燃油喷雾轮廓与燃烧室形状的良好配合，并组织 较强的挤流达到改善混合气分布的不均匀性和提高燃油空气混合速度的目的。在一台 单缸机上的试验结果表明：这种系统在小缸径、高速机上的应用是有效的，并在燃油 消耗及冷烟排放等方面都有明显的改善。     

凸台撞壁对分区燃烧系统性能影响的仿真

为了更好地利用油束喷射动能,改善柴油机喷雾的空间分布,提出了一种基于凸台撞壁引导下的分区燃烧系统.运用CFD软件FIRE对该燃烧系统的喷雾与燃烧过程进行了3维仿真研究,从不同角度分析了凸台撞壁对分区燃烧系统的燃烧与排放特性的影响.结果表明:分区结构提高了缸内平均湍动能,增加了压缩过程中流入燃烧室内的气流量,促进了油气的快速混合与燃烧;在凸台面上不发生油束堆积的各撞壁方案中,凸台锥角越大,缸内平均湍动能峰值就越小,同时膨胀过程中气体流出燃烧室的速度也越低,从而扩散燃烧现象就越明显,soot排放值也越低.     

双卷流燃烧系统的双燃料发动机燃烧排放特性

为解决因生物柴油粘度过大,以及低温燃烧导致的燃油雾化、燃烧性能和排放恶化等问题,利用AMESim软件和AVL_FIRE软件对发动机燃烧室进行双卷流（DS）改造,对喷油提前角、喷孔直径进行优化匹配。结果表明:双卷流（DS）燃烧室燃油分布更加均匀,在运行范围内燃烧速率和功率比浅盆型燃烧室具有更大的优势;同时在加快燃油扩散速率和提高空气利用率方面具有显著的作用;在提高发动机动力性和经济性方面具有明显的优势。采用DS燃烧室、喷油提前角20.6°、喷孔直径0.28 mm组合结构形式的柴油机,其NO排放比原机降低81.83%,指示功率比原机降低7.73%。研究结果可为船用柴油机双燃料低温燃烧性能优化提供一定的指导依据。     

正丁醇预混合气对直喷柴油燃烧的影响

在一台由轻型柴油机改装的正丁醇/柴油双燃料发动机上,研究了上止点附近喷射柴油条件下不同质量浓度的正丁醇预混合气对正丁醇/柴油复合燃烧及排放的影响规律.结果表明:缸内温度达到1 150～1 200 K时,正丁醇预混合气发生自燃,且自燃始点随着负荷和正丁醇喷射量的变化保持恒定;随着正丁醇喷射量的增加,燃烧持续期大幅度缩短,且放热率较高;在平均有效压力p_B≤0.50 MPa时,NO_x和soot排放均小幅度降低,HC和CO排放随正丁醇预混合气的质量浓度的增大呈线性增加;在p_B0.78 MPa时, HC,CO和NO_x排放几乎维持在纯柴油燃烧模式排放的水平,但soot排放大幅度降低.     

对置式自由活塞发动机CFD建模与喷雾锥角研究

为了进一步提升对置式自由活塞发动机的燃料利用效率与排放性能,采用三维计算流体力学方法对该发动机的喷雾锥角进行了参数化仿真。设计了中央燃烧室结构与喷雾引导式燃烧组织方案。建立了中央燃烧室三维网格模型,根据原型样机设置了计算模型与计算条件。分析了喷雾锥角对缸内燃料分布、燃烧放热率、缸内压力、CO排放量和缸内温度的影响。研究结果表明喷雾锥角为40°左右时,点火时刻缸内燃料分布最为理想,发动机能够获得97.5%的燃烧效率、39.7%指示热效率和低于0.4%的CO排放量。     

低温FAME乳化油掺水量对雾化特性的影响研究

冷启动问题一直是柴油发动机的问题,为改善冷启动阻碍燃油着火及不完全燃烧的问题,本文以FAME-水乳化油为研究对象,研究了乳化油在低温(263K、268K、273K)下不同混合比例(含水量5%、10%、15%)的喷雾特性,低温和含水量对雾化特性的影响,并与较高温度(283~323K)作比较,以提供解决冷启动有价值的见解。结果表明：乳化油在较低温条件下,由于表面张力较大使得液滴不易发生破碎,燃油雾化效果差。同时随着乳化油含水量的增加,索特平均直径SMD明显减小,但喷雾液相贯穿距、锥角变化不大。随着燃油温度的升高,液相贯穿距减小,而喷雾锥角在增大,油温313K之后雾化效果较好,同时SMD减小也较为明显。     

低温脂肪酸甲酯乳化油掺水量对雾化特性的影响

冷启动一直是柴油发动机的一个问题,为改善冷启动阻碍燃油着火及不完全燃烧的问题,以FAME-水乳化油为研究对象,研究了乳化油在低温(263 K、268 K、273 K)下不同混合比例(含水量5%、10%、15%)的喷雾特性,低温和含水量对雾化特性的影响,并与较高温度(283~323 K)作比较,以提供解决冷启动有价值的见解。结果表明:乳化油在较低温条件下,由于表面张力较大使得液滴不易发生破碎,燃油雾化效果差。同时随着乳化油含水量的增加,索特平均直径SMD明显减小,但喷雾液相贯穿距、锥角变化不大。随着燃油温度的升高,液相贯穿距减小,而喷雾锥角在增大,油温313K之后雾化效果较好,同时SMD减小也较为明显。     

气道喷射正庚烷缸内直喷异辛烷的分层充量压缩燃烧与排放特性

在一台单缸发动机上,通过进气道预喷正庚烷和上止点前缸内直喷异辛烷,对双燃料分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)进行了试验研究.通过进气道预喷的正庚烷在进气行程形成均匀混合气并在上止点前发生两阶段反应,触发缸内直喷的异辛烷着火与燃烧,整个燃烧过程为分阶段燃烧,分析了不同负荷及预混合率时的燃烧与排放特性.结果表明:最大压力升高率为0.87 MPa/(°)时,最大平均指示压力(I MEP)可达到0.73 MPa,说明SCCI可以扩展运行负荷.预喷燃油量最大时的工况点,其NOx排放值较高;预喷正庚烷燃空当量比一定时,增加负荷,可以减小CO和THC的排放.     

直喷汽油机自由-撞壁喷雾可视化台架开发及试验

介绍了直喷汽油机可视化喷雾及其撞壁实验装置与控制系统,详细阐述了高压供油系统的设计、直喷汽油机喷油器驱动模式以及喷雾控制系统.基于该可视化装置研究了不同喷油压力和环境压力下喷雾贯穿距与喷雾锥角的变化、不同环境压力下喷雾发展与燃油浓度的变化以及不同撞壁角度和距离下喷雾撞壁特性.试验结果表明,随着喷油压力增加,喷雾贯穿距与喷雾锥角均增大;随着环境压力增加,喷雾贯穿距减小而喷雾锥角增大.此外,75°撞壁角度较60°撞壁角度更加有利于撞壁后喷雾发展和燃油雾化.开发的可视化喷雾及其撞壁试验装置与控制系统能够可靠而稳定地运行.     

喷油提前角对双燃料柴油机燃烧和排放的影响

为研究喷油提前角对双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为研究对象,运用AVL_FIRE软件构建柴油-甲醇双燃料燃烧室模型。通过仿真实验的方法,研究当甲醇掺混比为20%,喷油提前角分别为 16.6°、18.6°、20.6°、22.6°时,对柴油机燃烧、排放、动力特性的影响。研究结果表明:随着喷油提前角的逐渐增大,缸内混合气质量得到改善,从而优化混合燃料在缸内燃烧的质量,同时还可观察到放热率曲线逐渐前移且峰值增加。分析数据可知,在甲醇掺混比为20%,喷油提前角20.6°时,NO排放较原机排放增加29.83%,Soot排放量降低30.5%,CO排放量降低5.6%,指示功率增为58.75 kW。     

油气混合参数对柴油机低温燃烧过程的影响

应用三维CFD模拟研究了喷油和进气参数包括喷油压力、喷孔直径和进气压力对柴油机低氧浓度低温燃烧(LTC)过程的影响.结果表明:随着喷油压力增加或喷孔直径的减小,各氧浓度下缸内燃烧压力和温度峰值都增大;相同氧浓度条件下预混燃烧的强度增大,出现明显预混燃烧的氧浓度增大;相同氧浓度条件下的soot排放降低;缸内局部温度最大值增大,NOx排放增大.进气压力增大,缸内压力上升更快,但缸内平均温度略有降低,相同氧浓度下着火时刻提前,滞燃期缩短;燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善,相同氧浓度条件下燃油的燃烧更加完全,放出的总热量更多,燃烧效率明显提高;soot峰值和最终排放值都减小,NOx生成量进一步降低.     

预混充量压缩着火和直接喷射对发动机性能影响研究

在一台2105柴油机上进行了部分预混充量压缩着火和直接喷射(PCCI-DI)复合燃烧对发动机有效热效率和排放等性能影响的研究.试验包括:在进气道预先对二甲醚燃料和空气进行混合,再将形成的均质混合气送入燃烧室;在压缩行程末期,利用压燃式发动机的燃油喷射装置将柴油喷入燃烧室,从而实现了PCCI-DI燃烧.试验结果表明,与传统直喷压缩燃烧方式相比,在中低转速和低负荷工况下,采用PCCI-DI燃烧模式的发动机能降低NOx和碳烟的排放量,提高有效热效率,但HC和CO排放量显著增加;随着二甲醚预混比的增加,NOx排放量略有所降,碳烟排放量可进一步降低.     

燃烧室参数对某柴油机高功率密度_快速燃烧性能的研究

为了研究燃烧室参数对某高功率密度单缸机快速燃烧的影响,保证压缩比不变的前提下,建立了三种不同径深比的燃烧室方案,采用AVL FIRE软件对该单缸机燃烧过程进行了模拟计算;分析了径深比对气流分布、喷雾特性以及燃烧性能的影响,仿真结果表明:径深比由3.49变化到5.73的过程中,湍流混合速率先增大后减少,湍动能下降,挤流区域处的速度值降低,喷雾贯穿距增加,油束向凹坑壁面发展,剩余液态燃油量增加;径深比为4.40的Ⅱ型燃烧室动力性能较好,更有利于扩散燃烧。     

柴油多次喷射对船舶DMCC发动机的影响

为探究带预喷的柴油多次喷射对柴油/甲醇组合燃烧(dieselmethanolcompoundcombustion,DMCC)船舶发动机性能、燃烧和排放的影响,在一台船舶柴油机进行DMCC模式改造的基础上,选择该发动机推进特性常用的3个工况点开展了纯柴油模式和双燃料模式下有无预喷的试验研究.3个工况点分别为发动机25%、50%和75%额定功率点.研究结果表明,发动机采用带预喷的喷射策略可以使双燃料模式下的甲醇替代率大幅提升,并使当量比油耗降低,且负荷越大,当量比油耗降低越多.采用预喷策略后,发动机在两种燃料模式下的燃烧开始时刻都会提前,但在双燃料模式时提前更多,同时双燃料模式下的放热率峰值和压升率峰值大幅降低,燃烧定容度增加,热效率提高.此外,预喷策略可以使双燃料模式下的NOx排放大幅降低,3个工况点分别降低24.97%、37.98%和40.02%;PM(particulate matter)排放略有增加,但仍低于纯柴油无预喷模式.     

二次喷油优化直喷汽油机冷启动排放特性的研究

研究了一种通过特殊活塞顶面形状结合二次喷射策略来解决直喷汽油机冷启动工况排放问题的新方法.该方法通过适当的二次喷油分配、结合缸内气流运动来改善燃油混合气的分布.利用AVL-Fire对不同喷油策略下直喷汽油机启动时缸内油气混合分布进行了模拟,对不同喷油策略的冷启动排放进行了实验研究.结果表明,采用特殊活塞顶面形状进行合理的壁面引导,同时结合二次喷油策略,能够优化直喷汽油机冷启动工况下缸内空燃比的分布,使得混合气浓度在火花塞附近略高,宜于火花点火,在火花塞周围略低,宜于火焰传播,从而提高燃烧的稳定性,减少燃油的湿壁现象,降低HC的排放.